一种高维量子纠缠光源芯片、多维随机数产生系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高维量子纠缠光源芯片、多维随机数产生系统，其中，高维量子纠缠光源芯片包括基底、设置在所述基底上的透镜阵列，以及覆盖在所述透镜阵列上方的BBO晶体。本发明专利技术提供的所述高维量子纠缠光源芯片可产生高维纠缠单光子对，且其尺寸小，利于集成，可集成于单晶片和光路系统，极大地压缩了空间占比；所述多维随机数产生系统可同时产生多维随机数，效率高，随机数保密效应高。随机数保密效应高。随机数保密效应高。

【技术实现步骤摘要】
一种高维量子纠缠光源芯片、多维随机数产生系统


[0001]本专利技术涉及随机数产生器领域，尤其涉及一种高维量子纠缠光源芯片、多维随机数产生系统。

技术介绍

[0002]随机数产生器可分为真随机数产生器和伪随机数产生器，伪随机数产生器实际上是通过固定的可以重复实现的算法产生，并没有达到真正的随机效果，对于随机数的产生是有极大的限制并且可以被预测，对于保密通信等实际应用具有极大的限制。真随机数产生器一般基于物理过程，通过不可预测的物理量，例如噪音等，实现随机数产生。目前，最新颖的随机数产生方法是基于量子效应的随机数产生，但是目前基于高维量子纠缠光源芯片，同时实现多维随机数研究较少。
[0003]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0004]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种高维量子纠缠光源芯片、多维随机数产生系统，旨在解决现有技术缺少基于高维量子纠缠光源芯片，难以实现产生多维随机数的问题。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种高维量子纠缠光源芯片，其中，包括基底、设置在所述基底上的透镜阵列，以及覆盖在所述透镜阵列上方的BBO晶体。
[0007]所述的高维量子纠缠光源芯片，其中，所述透镜阵列的排布为：20*20。
[0008]所述的高维量子纠缠光源芯片，其中，所述BBO晶体的厚度为所述透镜阵列中透镜的两倍焦距。
[0009]所述的高维量子纠缠光源芯片，其中，所述透镜阵列中透镜的直径为120微米。
[0010]所述的高维量子纠缠光源芯片，其中，所述BBO晶体与所述透镜阵列贴合在一起。
[0011]所述的高维量子纠缠光源芯片，其中，所述BBO晶体与所述基底对应的侧边设置有封胶层。
[0012]所述的高维量子纠缠光源芯片，其中，所述基底为蓝宝石基底。
[0013]所述的高维量子纠缠光源芯片，其中，所述基底为二氧化硅基底。
[0014]所述的高维量子纠缠光源芯片，其中，所述透镜阵列中的透镜为GaN透镜、二氧化钛透镜或硅透镜中的一种。
[0015]一种多维随机数产生系统，其中，包括本专利技术所述的高维量子纠缠光源芯片。
[0016]有益效果：本专利技术提供了一种高维量子纠缠光源芯片，其包括基底、设置在所述基底上的透镜阵列，以及覆盖在所述透镜阵列上方的BBO晶体。基于所述高维量子纠缠光源芯片的多维随机数产生系统，能够实现同时产生多维随机数，极大提高随机数参数效率和速度。
附图说明
[0017]图1为BBO晶体产生纠缠光的原理示意图。
[0018]图2为本专利技术提供的高维量子纠缠光源芯片中，基底与透镜阵列的组成结构示意图。
[0019]图3为本专利技术提供的高维量子纠缠光源芯片的结构示意图。
[0020]图4为本专利技术提供的多维随机数产生系统的原理示意图。
具体实施方式
[0021]本专利技术提供一种高维量子纠缠光源芯片、多维随机数产生系统，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0022]目前，最新颖的随机数产生方法是基于量子效应的随机数产生，但是目前基于高维量子纠缠光源芯片，同时实现多维随机数研究较少。
[0023]双光子纠缠源最简单的产生方式如图1所示，当入射光源入射到具有强非线性效应的BBO晶体，产生自发参量下转换，分别产生闲频光和信号光。闲频光和信号光的光束是类似圆锥形状，两个锥面的距离受BBO晶体的切割角控制，两路纠缠光产生于这两个圆锥的切面相交的地方。从量子层面考虑，两个圆锥的相切处产生的两个光子处于正交状态，即偏振纠缠。
[0024]泵浦光经过BBO晶体，发生自发参量下转换过程，产生偏振分别为HV和VH的两束参量光，V为垂直偏振，H为水平偏振。通过空间补偿和时间补偿，可以消除或者调控光子在空间和时间的可区分性，最终可以制备出双光子纠的贝尔态，如下式所示：
[0025]为了实现高维纠缠光子对的产生，从而生成多维随机数组，本专利技术提供了一种高维量子纠缠光源芯片，如图2和图3所示，其包括基底10、设置在所述基底10上的透镜阵列20，以及覆盖在所述透镜阵列20上方的BBO晶体30。
[0026]具体来讲，本实施例通过将透镜阵列20中的透镜作为纳米天线单元，可设计为圆柱形纳米结构，以实现超构透镜设计；以此为基础，在基底10表面设计多个超构透镜形成的阵列，阵列中单个透镜的纳米天线单元的相位调控，遵循透镜设计原则，即符合如下公式：其中，f为透镜的焦距，r为距离透镜中心的距离，λ为光波长。
[0027]为了产生高维纠缠光子对，本实施例将一块BBO非线性晶体放置于超构透镜阵列的焦距处，当光子经过BBO晶体时，会发生高效率的非线性过程，产生两个偏振纠缠的光子。作为举例，所述透镜阵列的排布为：20*20，即本实施例设计了20*20个超构透镜的阵列，结合BBO晶体，能够同时产生400对纠缠光子对，如图2所示；每对光子处于正交状态，其双光子态不可区分，由于无法具体确定一对光子的中的一个光子的偏振态。唯一的方法是进行检测，使两个光子的纠缠态坍缩，从而实现两个光子偏振态的确定。基于上述原理，本实施例
利用高维量子纠缠光源芯片同时产生了400对纠缠光子，每一对纠缠光子都可以产生一维随机数。
[0028]总的来说，本实施例提供的高维量子纠缠光源芯片是基于超构表面元件(透镜)所设计，其能够同时产生20*20对纠缠光子，利用超构表面可以灵活操控入射光振幅、相位、偏振的特性，高位量子纠缠光源芯片基于400个超构透镜组成的阵列，能够同时产生400对偏振路径纠缠的光子，再将这400对纠缠光子分别传输进入400组量子随机数产生光路中，从而同时产生400组的多维随机数组。
[0029]在一些实施方式中，所述BBO晶体的厚度为所述透镜阵列中透镜的两倍焦距。在本实施例中，通过将BBO晶体的厚度设计为所述透镜的两倍焦距，这样可以使最小光斑打到所述BBO晶体的正中间。所述BBO晶体为偏硼酸钡晶体，BBO晶体在非线性光学晶体中，是一种综合优势明显，性能良好的晶体，它有着极宽的透光范围，极低的吸收系数，较弱的压电振铃效应。
[0030]在一些实施方式中，所述透镜阵列中透镜的直径为120微米。
[0031]在一些实施方式中，所述透镜为GaN透镜、二氧化钛透镜或硅透镜中的一种，但不限于此。
[0032]在一些实施方式中，所述BBO晶体与所述透镜阵列贴合在一起。
[0033]在一些实施方式，所述BBO晶体与所述基底对应的侧边设置有封胶层。
[0034]在一些实施方式中，所述基底为蓝宝石基底或二氧化硅基底，但不限于此。
[0035]在一些实施方式中，还提供一种多维随机数产生系统，其包括本专利技术所述的高维量子纠缠光源芯片。
[0036]具体来讲，量子随机数发生器产生的随机性的安全性或不可预测性，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高维量子纠缠光源芯片，其特征在于，包括基底、设置在所述基底上的透镜阵列，以及覆盖在所述透镜阵列上方的BBO晶体。2.根据权利要求1所述的高维量子纠缠光源芯片，其特征在于，所述透镜阵列的排布为：20*20。3.根据权利要求1所述的高维量子纠缠光源芯片，其特征在于，所述BBO晶体的厚度为所述透镜阵列中透镜的两倍焦距。4.根据权利要求1所述的高维量子纠缠光源芯片，其特征在于，所述透镜阵列中透镜的直径为120微米。5.根据权利要求1所述的高维量子纠缠光源芯片，其特征在于，所述BBO晶体与所述透镜阵列贴合在一起。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：吴泳锋，袁家琪，陈沐谷，蔡定平，
申请(专利权)人：香港理工大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：